经过相纯度调控的尖晶石型LiMxMn2?xO4（其中M = Ni, Al；0 ≤ x ≤ 1）材料具有单一的高电压平台特性：其设计、合成过程及电化学机制的研究

通过Ni掺杂LiMn2O4，采用高能球磨和700℃煅烧合成有序尖晶石相材料，降低Li+迁移势垒（0.35 eV），实现4.7 V稳定平台和200次循环后96.1 mAh/g容量保持率，结构表征验证了纯度工程效果。

　　

尖晶石型LiMn₂O₄（LMO）是一种成本效益高的无钴正极材料，但其实际应用受到Mn³⁺引起的Jahn–Teller畸变和溶解现象导致的容量快速衰减的阻碍。通过对过渡金属掺杂路径进行系统的密度泛函理论（DFT）筛选，发现Ni掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO）是最佳选择：该材料能够在抑制结构畸变的同时避免Al³⁺掺杂引起的容量损失。由于有序的P₄3₃₂相的Li⁺迁移势垒（0.35 eV）比无序的Fd_m相（0.45 eV）低22%，因此采用无表面活性剂的高能球磨工艺结合700°C煅烧法制备出了纳米级的有序o-LNMO，从而缩短了Li⁺的扩散路径。这种通过调控相纯度得到的材料能够精确控制Mn³⁺/Mn⁴⁺的比例（0.48），有效减少副反应，实现稳定的4.7 V放电平台，这一平台完全依赖于Ni²⁺/Ni⁴⁺的氧化还原反应。电化学性能方面，o-LNMO在1C电流下（3.0–5.0 V）的放电容量为127.8 mAh g^?1，经过200次循环后仍能保持96.1 mAh g^?1的容量，表现出比传统LMO更优异的循环稳定性。通过原位XRD和3D TOF-SIMS分析验证了其结构完整性和平台稳定性，为高能量锂离子电池的材料组成、结构与相纯度之间的关系提供了科学依据。